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空气是指地球大气层中的混合气体，因此空气属于混合物，它主要由 氮气、氧气、稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡），二氧化碳以及其他物质（如水蒸气、杂质等）组合而成。其中氮气的体积分数约为78%，氧气的体积分数约为21%，稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡）的体积分数约为0.934%，二氧化碳的体积分数约为0.04%（2017年数据），其他物质（如水蒸气、杂质等）的体积分数约为0.002%。
空气的成分不是固定的，随着高度的改变、气压的改变，空气的组成比例也会改变。但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质，直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。19世纪末，科学家们又通过大量的实验发现，空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。
空气中的氧气对于所有需氧生物来说是必须的。所有动物都需要呼吸氧气，绿色植物的呼吸作用也需要氧气。此外绿色植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用，空气几乎是所有植物所需二氧化碳的唯一来源。
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